Wie prägen kohärente Luftströmungen den Einfluss des Golfstroms auf die großskalige atmosphärische Zirkulation der mittleren Breiten?
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Variabilität der großräumigen Wetterlage über dem Nordatlantik und Europa wird von quasi-stationären, langandauernden und wiederkehrenden Strömungsmustern dominiert. Diese sogenannten Wetterregime zeichnen sich durch das Auftreten von Tief- und Hochdruckgebieten in bestimmten Regionen aus. Verlässliche Wettervorhersagen auf Zeitskalen von mehreren Tagen bis zu einer Saison hängen von der korrekten Darstellung des Lebenszyklus der Wetterregime in numerischen Modellen ab. Um das zu erreichen, müssen insbesondere Prozesse, die günstige Bedingungen zur Intensivierung von Tiefdruckgebieten aufrechterhalten, und Prozesse, die den Aufbau von stationären Hochdruckgebieten (blockierende Hochs) begünstigen, richtig wiedergegeben werden. Aktuelle Forschung deutet stark darauf hin, dass Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen, insbesondere entlang des Golfstroms, latente Wärmefreisetzung in Tiefs, und Kaltluftausbrüche aus der Arktis dabei eine entscheidende Rolle spielen. Dennoch mangelt es an grundlegendem Verständnis wie solche Luftmassentransformationen über dem Ozean die großskalige Höhenströmung beeinflussen. Darüber hinaus ist die Relevanz solcher Prozesse für Lebenszyklen von Wetterregimen unerforscht. In diesem dreijährigen Kooperationsprojekt zwischen dem KIT und der ETH Zürich haben wir einen ganzheitlichen Ansatz entwickelt, um den mechanistischen Zusammenhang zwischen Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen entlang des Golfstroms und der großräumigen atmosphärischen Zirkulation zu analysieren. Basierend auf einer umfangreichen Trajektorienanalyse konnten wir quantifizieren, dass 20 % der Luftmassen, die zur Entwicklung eines blockierenden Hochs beigetragen haben, eine signifikante Erwärmung und Feuchteaufnahme über dem Golfstrom erfuhren. Diese warm-feuchten Luftmassen stiegen später innerhalb nachfolgender Tiefdrucksysteme auf und verstärkten dadurch das blockierende Hochdruckgebiet. Durch numerische Sensitivitätsexperimente konnten wir zudem zeigen, dass der identifizierte Mechanismus sensitiv ist auf Gradienten der Meeresoberflächentemperatur. Stärkere Gradienten erhöhen die Feuchtigkeitsverfügbarkeit, steigern die Aufstiegsrate von Luftmassen in Tiefdrucksystemen und verstärken somit das blockierende Hoch. Im Gegensatz dazu führen schwächere Gradienten der Meeresoberflächentemperatur zu weniger intensiven Tiefdrucksystemen und einer abgeschwächten blockierenden Wetterlage. Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse die zentrale Bedeutung der Ozean-Atmosphären Wechselwirkungen für die Dynamik außertropischer Zyklonen und großräumiger Zirkulationsmuster über dem Nordatlantik und Europa. Eine verbesserte Darstellung von Gradienten der Meeresoberflächentemperatur und Atmosphäre-Ozean-Wechselwirkungen in numerischen Wettervorhersagemodellen ist essenziell, um blockierende Wetterlagen auf der sub-saisonalen bis saisonalen Zeitskala zuverlässiger vorhersagen zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Air-sea interactions and diabatic processes in the Gulf Stream region and their role in the life-cycle of a blocking anticyclone: a case study of European Blocking in Feb 2019, Stormtrack Workshop 2022, Oléron Island, France, 29 May - 3 June 2022
Wenta, M., Grams C. M., Papritz L. & Federer M.
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Air-sea interactions and diabatic processes in the Gulf Stream region and their role in the life-cycle of a blocking anticyclone: a case study of European Blocking in Feb 2019.. Copernicus GmbH.
Wenta, Marta; Grams, Christian M.; Papritz, Lucas & Federer, Marc
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An Available Potential Energy Perspective on North Atlantic Weather Regimes. Copernicus GmbH.
Federer, Marc; Papritz, Lukas; Grams, Christian; Sprenger, Michael & Wenta, Marta
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Air-sea interactions and diabatic processes in the Gulf Stream region and their role in the development of a blocking anticyclone, XXVIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) 2023, Berlin, Germany, 11-20 Jul 2023
Wenta, M., Grams C. M., Papritz L. & Federer M.
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Air-Sea Interactions and Diabatic Processes in the Gulf Stream Region and Their Role in the Life-Cycle of a Blocking Anticyclone: A Case Study of European Blocking in Feb 2019, AMS Annual Meeting 2023, Denver, US, 7–13 Jan 2023
Wenta, M., Grams C. M., Papritz L. & Federer M.
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Linking Gulf Stream air–sea interactions to the exceptional blocking episode in February 2019: a Lagrangian perspective. Weather and Climate Dynamics, 5(1), 181-209.
Wenta, Marta; Grams, Christian M.; Papritz, Lukas & Federer, Marc
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On the Local Available Potential Energy Perspective of Baroclinic Wave Development. Journal of the Atmospheric Sciences, 81(5), 871-886.
Federer, Marc; Papritz, Lukas; Sprenger, Michael; Grams, Christian M. & Wenta, Marta
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Precursors and pathways: dynamically informed extreme event forecasting demonstrated on the historic Emilia-Romagna 2023 flood. Natural Hazards and Earth System Sciences, 24(9), 2995-3012.
Dorrington, Joshua; Wenta, Marta; Grazzini, Federico; Magnusson, Linus; Vitart, Frederic & Grams, Christian M.
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Research data for Understanding the sea surface temperature impact on an atmospheric blocking event using sensitivity experiments with the ICOsahedral Nonhydrostatic (ICON) model. Karlsruhe Institute of Technology [data set]
Christ, S., Oertel, A., Wenta, M. & Grams, C. M.
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From sea to sky: understanding the sea surface temperature impact on an atmospheric blocking event using sensitivity experiments with the ICOsahedral Nonhydrostatic (ICON) model. Weather and Climate Dynamics, 6(1), 17-42.
Christ, Svenja; Wenta, Marta; Grams, Christian M. & Oertel, Annika
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Synoptic perspective on the conversion and maintenance of local available potential energy in extratropical cyclones. Weather and Climate Dynamics, 6(1), 211-230.
Federer, Marc; Papritz, Lukas; Sprenger, Michael & Grams, Christian M.
